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我国煤矿瓦斯事故新特点及预防对策,煤炭科学研究总院重庆研究院胡千庭2008年4月28日北京,一、基础知识,一、煤矿瓦斯及其灾害基本知识,1、什么是煤矿瓦斯,煤矿瓦斯是煤矿生产环境中有毒有害气体的总称。,甲烷（CH4≥95）及烷烃，二氧化碳（CO2）一氧化碳（CO），硫化氢（H2S）等,定义,成分,泛指,甲烷（CH4≥95）,一、煤矿瓦斯及其灾害基本知识,2、什么是煤层气,3、煤矿瓦斯与煤层气的区别从定义角度讲煤层气不同于煤矿瓦斯从泛指角度讲煤层气就是煤矿瓦斯（主要成分及其来源）从俗成观念讲煤层气是非常规天然气资源，而煤矿瓦斯是有毒有害气体。,一、煤矿瓦斯及其灾害基本知识,4、煤矿瓦斯（煤层气）的来源是腐植型有机物在成煤过程中经历生物化学成气煤化作用成气次生物成气几个阶段形成的。,一、煤矿瓦斯及其灾害基本知识,从腐植型有机物沉积在沼泽相和三角洲相环境中开始，在不超过65oC的适当温度还原条件下，腐植型有机物经厌氧微生物（细菌）的化学降解作用生成甲烷、二氧化碳和水。,一、煤矿瓦斯及其灾害基本知识,生物化学成气,一、煤矿瓦斯及其灾害基本知识,有机物沉积在沼泽相和三角洲相环境中开始，在不超过65oC的适当温度条件下，腐植型有机物经厌氧细菌降解作用生成甲烷、二氧化碳和水。,这一阶段形成的瓦斯气体离地表浅，多数已逸散到大气中，不易保留在煤岩层内。随着泥炭层的下沉，上覆盖层越来越厚，压力和温度也随之增高，生物化学产气作用逐渐减弱直至结束，煤化产气作用越来越强。,一、煤矿瓦斯及其灾害基本知识,煤化作用成气在压力和温度的作用下，煤的侧链和官能团不断发生断裂、结合和脱落，生成CO2、CH4、H2O等气体。,一、煤矿瓦斯及其灾害基本知识,次生物化学成气指随着构造运动出现部分地段抬起现象，在这些抬起地段如果环境温度低于65℃、且与地表水发生水力联系时，就可能再次创造生物成气的环境。次生物成气可以解释为何在一些构造带容易积聚大量瓦斯。,一、煤矿瓦斯及其灾害基本知识,,构造运动前后地层环境变化情况,一、煤矿瓦斯及其灾害基本知识,5、瓦斯赋存状态,煤颗粒,瓦斯分子直径4.14A,吸附态赋存服从兰格缪尔方程,,,,一、煤矿瓦斯及其灾害基本知识,6、瓦斯气体的基本性质,一、煤矿瓦斯及其灾害基本知识,7、煤矿瓦斯灾害事故分类,一、煤矿瓦斯及其灾害基本知识,煤尘爆炸试验,瓦斯窒息（缺氧）中毒（CO、H2S等毒气）,一、煤矿瓦斯及其灾害基本知识,瓦斯爆炸,一、煤矿瓦斯及其灾害基本知识,煤与瓦斯突出,8、瓦斯窒息条件正常空气的氧浓度约21当氧浓度16时（CH424）,呼吸急促,心跳加快;氧浓度9（CH457）时,人心跳渐弱;氧浓度6时（CH471）人立即死亡。若气体中混有有毒气体时，更低瓦斯浓度就能引起窒息。9、瓦斯中毒条件CO使血液携氧能力迅速下降而中毒（0.05H2S降低机体与氧结合能力而中毒。,一、煤矿瓦斯及其灾害基本知识,10、瓦斯燃烧与爆炸的条件浓度5～16，点火温度645℃,氧气浓度≥18。11、煤尘爆炸的条件煤尘本身具有爆炸性,浓度45～2000g/m3,点火温度600～800℃，氧浓度≥18。,一、煤矿瓦斯及其灾害基本知识,12、一些影响瓦斯爆炸限的条件,,点火能量对甲烷/空气混合物爆炸极限的影响,爆炸浓度范围与初始温度的关系,爆炸浓度范围与初始压力的关系,13、一些影响煤尘爆炸限的条件,煤尘爆炸下限浓度测定结果,瓦斯煤尘共存煤尘最大爆炸压力测定结果,,14、预防窒息、中毒和燃烧爆炸的措施抽瓦斯并排到地面通风稀释瓦斯使浓度降低到极限浓度以下水或雾化措施减少产尘和浮尘通风除尘或清理堆积煤尘控制火源和温度混入惰气、惰性粉尘或覆盖煤尘等,一、煤矿瓦斯及其灾害基本知识,,,,,,,,,,,,M/G通风,splitcritical,,80,,170,,80,,50,,,,,Airpastseals,fromG104,,,,,,长壁采空区,,轨道巷,,,,地面钻井采空区抽放,R,,R,,,,50,,40,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,,瓦斯抽放,,,,澳大利亚的瓦斯治理技术,15、煤岩瓦斯动力灾害发生的条件,一、煤矿瓦斯及其灾害基本知识,15、煤岩瓦斯动力灾害发生的条件,一、煤矿瓦斯及其灾害基本知识,瓦斯压力造成持续拉破坏,15、煤岩瓦斯动力灾害发生的条件,一、煤矿瓦斯及其灾害基本知识,15、煤岩瓦斯动力灾害发生的条件,一、煤矿瓦斯及其灾害基本知识,足够的破坏力和能量,15、煤岩瓦斯动力灾害发生的条件,一、煤矿瓦斯及其灾害基本知识,,突出终止条件,16、预防煤岩瓦斯动力灾害的措施抽瓦斯减小瓦斯的拉破坏卸压措施释放瓦斯并减少应力集中强化支护提高煤岩抗破坏能力,一、煤矿瓦斯及其灾害基本知识,,,,二、基本情况,■历史上日本、前苏联、波兰、法国、德国、英国、美国等都是煤矿瓦斯灾害高发区；近些年，日本煤矿基本关闭，英法德等国煤矿也急剧减少，美国、澳大利亚等开采煤层自然条件远比中国好，开采突出煤层少;露天开采占主体;经济发达、机械化自动化水平高、法制化管理水平的提高，并全面实施“先抽后采”,煤矿瓦斯灾害已显著减少，但仍不能杜绝。,二、煤矿瓦斯灾害基本情况,日本煤矿在战后发生多起瓦斯爆炸事故，如1965年山野煤矿瓦斯突出、爆炸死亡273人,1967年夕张新煤矿瓦斯突出、爆炸死亡93人,1970年南大夕张煤矿瓦斯爆炸死亡62人,尤其是1963年11月9日，三井三池煤矿发生煤尘爆炸死亡458人;这些事故迫使日本煤矿被逐步关闭。,二、煤矿瓦斯灾害基本情况,英国煤矿自1850年以来共发生瓦斯爆炸事故2980次,导致14142人死亡。近些年来英国煤矿每年死亡的矿工人数为零。随着英国能源结构的调整，从２０世纪８０年代开始，英国关闭了多数煤矿。2006年英国有１３７个煤矿在运营，５５９８人从事煤矿业，其中多数集中在威尔士，英格兰只有8个矿，年产煤炭约2000万吨。英国煤矿基本上为国有。,二、煤矿瓦斯灾害基本情况,法国在经过近3个世纪的煤炭开采之后，煤炭储量几近枯竭，再加上环保等因素，法国开始陆续关闭煤矿。2004年4月，随着法国最后一座煤矿的关闭，宣告了煤矿工业在法国终结。最近法国有可能再次恢复煤炭开采。,一、煤矿瓦斯灾害基本情况,德国煤矿主要集中在鲁尔矿区，上世纪90年代后逐步关闭煤矿，2006年主要有8个煤矿，煤炭产量2200万吨，政府为煤矿补贴25亿欧元；预计2018年煤矿全部关闭。,二、煤矿瓦斯灾害基本情况,前苏联国家煤矿瓦斯事故仍然多发；如2007年3月21日俄罗斯西伯利亚南部一煤矿瓦斯爆炸死亡106人、5月24日库兹巴斯“纪念日”煤矿瓦斯爆炸死亡38人；乌克兰顿涅茨扎夏德科煤矿1999年瓦斯爆炸死亡50人、2001年爆炸死亡55人、2006年9月瓦斯事故死亡13人、2007年11月18日瓦斯爆炸死亡100人、12月2日瓦斯爆炸至少死亡4人；哈萨克斯坦卡拉干达阿塞洛－米塔尔集团的一个煤矿2008年1月11日瓦斯爆炸死亡30人、2006年9月另一处煤矿瓦斯爆炸死亡４１人。,二、煤矿瓦斯灾害基本情况,印度、波兰近年仍时有发生瓦斯事故2006年11月22日波兰西里西亚哈伦姆巴煤矿瓦斯爆炸死亡23人；2006年9月6日印度恰尔肯德邦煤矿瓦斯爆炸死亡54人。,二、煤矿瓦斯灾害基本情况,二、煤矿瓦斯灾害基本情况,美国煤矿死亡5人以上事故基本情况,二、煤矿瓦斯灾害基本情况,美国煤矿历史上最恶劣的几起瓦斯事故情况,二、煤矿瓦斯灾害基本情况,美国煤矿近20年的瓦斯事故情况,中国煤矿95以上为井工开采，近些年煤炭产量迅速增加、煤炭开采的自然条件逐步恶化、高瓦斯突出矿井数量迅速增加，开采的技术条件和管理水平差异性迅速扩大，煤矿瓦斯灾害事故尽管整体逐渐减少，但仍然处于事故高发期。,二、煤矿瓦斯灾害基本情况,二、煤矿瓦斯灾害基本情况,我国煤矿1949年前发生22起一次死亡百人以上的煤矿事故,死亡7074多人,平均每起事故死亡322人;这其中瓦斯事故12起透水7起,火灾3起,死亡4843多人,平均每起事故死亡404人;有两起瓦斯事故成为世界之最1942年4月26日发生在日本人控制的辽宁本溪湖煤矿的瓦斯爆炸事故是世界上最大一起煤矿瓦斯事故,死亡1527人；1917年发生在日本人控制（1905-1945）的抚顺煤矿瓦斯爆炸事故是世界上第二大煤矿瓦斯事故,死亡917人。,二、煤矿瓦斯灾害基本情况,我国煤矿解放后发生的一次死亡百人的煤矿事故23起不含新汶洪水淹井事故,死亡3669人,平均每起事故死亡160人;其中瓦斯煤尘事故21起火灾和透水各一起，死亡3436人,平均每起事故死亡164人。最大一次发生在1960年5月9日山西大同局老白洞煤矿瓦斯爆炸死亡684人；最大一次突出事故发生在1960年5月14日重庆松藻煤矿死亡125人。,二、煤矿瓦斯灾害基本情况,三、特点,三、我国煤矿瓦斯事故新特点,1、2007年全国煤矿瓦斯事故基本情况瓦斯事故死亡1084人，比06年减少235人，比05年减少1054人;瓦斯事故死亡人数占煤矿事故死亡人数的28.63，比06年增加0.96，比05年减少7.09。,三、我国煤矿瓦斯事故新特点,2、煤矿事故中瓦斯事故的比重没有发生根本改变,尤其是重特大以上事故仍然以瓦斯事故为主。,,63,80.3,100,三、我国煤矿瓦斯事故新特点,3、乡镇和私有煤矿是发生瓦斯事故的主体。,国有重点煤矿企业瓦斯事故死亡125人、占11.53，国有地方煤矿企业瓦斯事故死亡57人，占5.26，乡镇和私有煤矿瓦斯事故死亡902人、占83.21。且30人以上的特别重大瓦斯事故都发生在乡镇和私有煤矿。,三、我国煤矿瓦斯事故新特点,4、煤与瓦斯突出是国有重点煤矿瓦斯事故的主要事故类型。,在国有重点煤矿瓦斯事故死亡人数中，煤与瓦斯突出事故，占瓦斯事故死亡人数的。,死亡99人,79,三、我国煤矿瓦斯事故新特点,5、瓦斯煤尘爆炸是乡镇私有煤矿瓦斯事故的主体，其次是煤与瓦斯突出。,乡镇私有煤矿瓦斯事故，其中瓦斯煤尘爆炸事故死亡人数约,煤与瓦斯突出事故死亡人数约。,死亡902人,占79.71,占13,三、我国煤矿瓦斯事故新特点,近四年纯煤尘爆炸事故（死亡320人）,6、煤尘的爆炸和参与爆炸应引起高度重视,三、我国煤矿瓦斯事故新特点,近几年煤与瓦斯突出事故特点（不完全统计）,7、说明煤与瓦斯突出事故总死亡人数及单次事故平均死亡人数都在增加，并且出现少有的一次死亡30人以上的特别重大煤与瓦斯突出事故。,三、我国煤矿瓦斯事故新特点,8、只抽瓦斯不能完全消除应力型突出，低瓦斯矿井也可能发生突出，对理论提出质疑两起低瓦斯含量区发生突出事故案例（近距离采掘）,三、我国煤矿瓦斯事故新特点,平煤11.12事故案例直接顶为近20m厚的细砂岩,,直接顶,回风巷,机巷,未开采区,,,,三、我国煤矿瓦斯事故新特点,两起低瓦斯矿井发生突出的事故案例,低瓦斯矿井发生突出的原因可能有应力型突出、水平延伸后未及时更新瓦斯等级。,三、我国煤矿瓦斯事故新特点,9、硬煤也可能发生突出三起硬煤突出事故案例,三、我国煤矿瓦斯事故新特点,10、突出伤亡事故主要发生在贵州、湖南等地，湘黔两省发生突出伤亡事故之和超过50。2006-2007年发生煤与瓦斯突出伤亡事故区域分布次数比/死亡人数比,贵州湖南302525.035.024.227.330.619.0,11、高瓦斯突出危险煤层具有明显的地层分布特征,,,三、我国煤矿瓦斯事故新特点,,,,,,,,,华北地区的煤与瓦斯突出区域分布（山西组为主）,,,三、我国煤矿瓦斯事故新特点南方煤与瓦斯突出危险区域分布（龙潭组为主）,,,三、我国煤矿瓦斯事故新特点,严重突出矿区黔西北川南滇东北地区、湖南、丰城矿区、平郑矿区、窑街矿区、靖远矿区、韩城矿区、两淮矿区、太行山两翼的邯邢和晋南矿区、沈阳北票等矿区。,四、原因,图1早二叠世全球古地理简图，联合古陆与中国各主要地块在特提斯海域的位置,图2现代全球地理图,1、自然原因,中国的小型陆块在石炭二叠纪都是散布于东特提斯（Tethys）洋的独立地壳块体（岛屿群）（图1.1），其后，这些“刚性”地块不断向北漂移，依次与早期形成的亚洲大陆碰撞拼合，于中生代晚期形成了中国大陆的基本轮廓（图1.3）。,图3中国大地构造简图,中国的小陆块在汇聚过程中多次发生陆块之间的碰撞，印度于新生代与中国大陆碰撞，加上西太平洋岛弧-（海）沟-（洋）盆系统影响，中国晚古生代和中生代含煤盆地受挤压变形的强烈改造，其原始面貌已经难于辨认。,,中国的现代构造应力场基本上是新三纪以来构造应力场的继续，印度板块的不断向中国大陆的向北凸入楔进，使最大主应力迹线从这个凸入楔向外散开）；并导致我国煤田的原地应力普遍偏高。,自然条件逐步恶化采深平均每年增加10m左右，使得开采煤层瓦斯含量增加、瓦斯压力增大、矿山压力显著增加；使得不少低瓦斯矿井迅速变化为高瓦斯甚至突出矿井，不少高瓦斯矿井上升为突出矿井。2007年全国突出矿井647对（比3年前增加近2倍），高瓦斯矿井2859对，高瓦斯突出矿井占煤矿总数的23.3。,2、经济环境原因中国煤矿近二十年经历的三大冲击,肥水快流、小煤矿泛滥，大量低素质人员进入产业、行业不公平竞争出现、煤矿开采秩序和市场秩序被破坏。亚洲金融风波对行业经济基础的冲击最大，导致人才流失、经济收入显著降低、人才培养和科学研究转向、采掘失调、工程设施等欠账严重，抗灾能力显著降低。煤矿下放，导致相对垄断地位被破坏、行业管理缺位、行业地位显著降低、行业不公平性凸现。,生产秩序发生显著变化大量乡镇私有高瓦斯突出煤矿诞生、许多长期在低瓦斯矿区生产的煤矿企业进入高瓦斯甚至严重突出危险矿区开发煤矿，一些非煤矿企业的投资者进入煤矿投资，使得防灾和投入意识、技术管理水平等难以与之相适应。,3、企业原因,矿井平均生产能力显著增加无论是原有高瓦斯突出矿井、还是新增的高瓦斯突出矿井普遍在追求矿井生产能力的不断扩大；扩大生产能力所必须具备的瓦斯抽采能力、通风等条件又不完全具备，甚至出现长时间超通风能力生产的现象；与机械化生产相配套的安全技术措施研究未能引起高度重视。,先抽后采没有得到全面贯彻落实2006年发布“煤矿瓦斯抽采基本指标”强制性标准，2007年发布“关于加强煤矿瓦斯先抽后采工作的指导意见”；部分国有重点高瓦斯突出矿井严格按照相关要求进行先抽后采，取得了好的效果；但仍有许多矿井没有得到有效落实，甚至不少矿井缺乏瓦斯基本参数，缺乏应有的技术力量和设施，尤其是乡镇私有矿井。,矿井抽掘采良好接替关系没有有效建立一些矿井为了追求产量，忽视抽掘采接替关系；不少矿井仍然把瓦斯抽采看作是政府的意愿，没有真正认识到建立正常抽掘采关系对煤矿安全高效生产的重要性；一些煤矿强调煤层透气性太差，始终没有把抽瓦斯当作一项必备工序；不少高瓦斯突出矿井在没有满足“瓦斯抽采基本指标条件”下进行采掘作业。,矿井违规生产现象仍然比较突出一些矿井盗采资源，不敢将生产公开化,使得不能建立正规的生产、通风等系统；一些突出矿井根本不具备开采突出煤层的技术力量、管理水平、硬件能力等；许多小型煤矿采用已经淘汰或严令禁止的非正规采煤方法、施工工艺、运输方式、设备设施等；,4、技术原因,对煤与瓦斯突出机理的认识不全面以往研究认为煤的硬度系数达到0.5以上时不具有突出危险性；只要将煤层瓦斯抽到满足基本指标条件以下就不具有突出危险。然而在高应力区的实际突出情形已突破上述观点。煤与瓦斯突出实际上是一个力学破坏过程，当满足力学破坏和能量条件时就可能发生煤与瓦斯突出，不同强度的煤层以及不同作用力类型都可能导致煤体的破坏和抛出，只是破坏程度和破坏表现形式不同而已。,4、技术原因,对应力型突出和冲击型动力灾害缺乏应对措施的研究对典型的煤与瓦斯突出主要采用测定瓦斯指标和释放瓦斯的办法预防煤与瓦斯突出，而对应力型突出和冲击型动力灾害重点应采取测定应力和释放应力的措施来预防；然而至今并未研究出有效的技术手段来满足预防这类动力灾害的要求。,4、技术原因,对高瓦斯区及突出危险区的分布特征和机理没有进行系统性研究高瓦斯区和突出危险区具有明显的分布特征，如华北区主要分布在山西组煤层，南方主要分布在龙潭组煤层。然而对其分布特征和机理并没有进行系统性研究，使得对此的认识很不全面，更不能有效指导灾害预防工作。,构造超前探测和预测手段没有普及推广构造是所有煤岩瓦斯动力灾害以及瓦斯异常涌出的主要部位。因而探测和预测构造是预防瓦斯灾害的主要手段。而构造超前探测技术目前仍不能满足预防瓦斯灾害的要求，其普及推广程度还比较小，使得许多事故发生在不明构造部位。,,,4、技术原因,4、技术原因,对已经发生事故的原因、产生的教训以及预防类似事故的对策没有进行系统地研究，事故积累的数据也不全。,5、政府原因,对预防煤尘爆炸和煤尘参与爆炸未能引起全社会的足够重视近几年纯煤尘爆炸发生4起30人以上的特大事故，煤尘参与爆炸的事故更多，煤尘的危害已经不只是职业健康的问题，而是涉及到群死群伤的严重问题。然而，无论是政府、企业或者是科技界都没有对此引起足够的重视。使得这类事故不断发生，并且出现一次死亡百人以上的特别重大事故。,5、政府原因,相关法律法规制修订工作不到位预防瓦斯灾害的法律手段不健全，行政手段仍然占主导，与法制化市场经济不相符；法律法规的制修订工作不到位，一些领域仍然存在法律缺位的现象，标准的法律地位不高；法律法规制修订求数量轻质量的现象仍然存在；一些法规制修订时广泛征求各方意见的程度不足，一些法规配套技术不落实，一些法规看似非常严格，而可执行性不强。,五、建议,五、对策建议,组织力量系统研究我国煤矿区的构造演化特征及机理，确定不同地层和不同构造演化背景条件下煤层的瓦斯赋存和动力特征，对全国煤层瓦斯动力特征进行分类，并确定不同采深瓦斯动力灾害类型及严重程度；系统研究我国煤炭资源赋存特点、开采条件；研究制定不同类型煤炭资源价格、允许建设规模、必备技术水平和准入条件，结合煤炭需求和经济发展水平规范煤炭市场、科学布局产能、制定开拓开采和防灾技术指导方案等。,,,规范煤炭市场、科学布局产能、强化防灾指导,五、对策建议,强行推行矿井准入制度，制定不同类型矿井必须具备的设施、设备、技术、管理、投入等标准或法规，强化技术准入的评价和标准，不符合条件者决不允许开办煤矿、更不允许进行采掘生产。继续强化矿井生产能力核定工作，完善核定标准和机构，客观科学核定生产能力，并使核定工作经常化。,,,五、对策建议,在高瓦斯突出矿井全面强行推行“先抽后采掘”措施，严格执行煤矿瓦斯抽采基本指标、关于加强煤矿瓦斯先抽后采工作的指导意见，加强预测预警技术的研究和推广应用；抽瓦斯矿井强行全面推行抽掘采正常接替计划，不能形成正常接替关系的强制性减产；制定抽掘采正常接替标准，便于监管执法。在重点灾区提出限期整改目标，强化监管。,,,五、对策建议,组织研究监管长效机制；建立“利益驱使业主主动重视监管”、“政府依法监管”的长效机制；强化标准和法规制修订技术的研究，广泛征求各方意见，实行标准和法规的试行制度，强化国家宏观控制和地方特殊性的立法机制，确保法规和标准的可操作性、严肃性和唯一解释性。组织研究煤尘灾害预防技术和管理措施，制修定相关法律法规和标准，强制推行煤尘灾害预防措施。,,,五、对策建议,加强应力型动力灾害机理及预测预防技术的研究；加强远距离遥控作业的防护技术研究，严格避难硐室或救生仓的设置和要求；强化构造超前探测技术的研究与推广；分不同瓦斯灾害类型建立技术管理示范矿井，强化示范技术的推广应用。研究建立全国性的瓦斯网络信息系统，加强事故模拟重现技术研究；以利于认识原因、总结经验、吸取教训、推广新技术、新经验、新标准、新理念。,,,五、对策建议,建立矿工训练机制，研究模拟实战训练器具，使每个下井人员都要长期坚持模拟训练；改进技术和管理人员的技能培训方法，以书本和实际相结合的办法进行培训，分管理、技术和操作三个层次分别培训。,,,,,不足之处,敬请批评指正,
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